淺析Java單例設(shè)計(jì)模式(自寫demo)

更新時(shí)間：2021年12月14日 16:01:07 作者：海深不見鯨

Java單例模式是看起來以及用起來簡(jiǎn)單的一種設(shè)計(jì)模式,但是就實(shí)現(xiàn)方式以及原理來說,也并不淺顯,下面這篇文章主要給大家詳細(xì)介紹了Java中單例模式,需要的朋友可以參考下

單例模式特點(diǎn)

1、構(gòu)造器私有

2、在一個(gè)Java應(yīng)用程序中，可保證只有一個(gè)實(shí)例對(duì)象

3、只提供一個(gè)供外界調(diào)用的getInstance()方法

單例模式優(yōu)點(diǎn)

1、減少某些對(duì)象的頻繁創(chuàng)建，降低系統(tǒng)開銷和內(nèi)存占用

2、外部調(diào)用不使用new關(guān)鍵字，降低系統(tǒng)內(nèi)存的使用頻率

3、對(duì)于特殊的類，在系統(tǒng)中只能存在一個(gè)實(shí)例，否則系統(tǒng)無法正常運(yùn)行，比如Controller

實(shí)現(xiàn)方式

這里簡(jiǎn)單介紹兩種實(shí)現(xiàn)方式

餓漢式（線程安全）

/**
 * @author: xuzhilei6656
 * @create: 2021-12-12 12:07
 * @description: 單例模式（餓漢式）
 **/
public class Singleton {
    //創(chuàng)建實(shí)例
    private static Singleton instance = new Singleton();
 
    //私有構(gòu)造器
    private Singleton(){
    }
 
    //獲取實(shí)例的靜態(tài)方法
    public static Singleton getInstance(){
        return instance;
    }
 
}

實(shí)例對(duì)象在類被加載的時(shí)候就已經(jīng)完成初始化，外界調(diào)用拿到的都是這個(gè)唯一的實(shí)例對(duì)象

懶漢式

/**
 * @author: xuzhilei6656
 * @create: 2021-12-12 12:22
 * @description: 單例模式（懶漢式）
 **/
public class Singleton {
    //聲明一個(gè)變量
    private static Singleton instance;
 
    //私有構(gòu)造器
    private Singleton(){
    }
 
    //獲取實(shí)例的靜態(tài)方法
    public static Singleton getInstance(){
        //如果是首次調(diào)用，實(shí)例對(duì)象還沒有被創(chuàng)建，就需要?jiǎng)?chuàng)建，否則都是返回已經(jīng)創(chuàng)建過的那個(gè)對(duì)象
        if (instance == null){
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
 
}

對(duì)比餓漢式可見，實(shí)例對(duì)象在類被加載的時(shí)候并沒有進(jìn)行創(chuàng)建，在首次調(diào)用的時(shí)候才被創(chuàng)建，以后再被調(diào)用，返回的也是那個(gè)唯一的實(shí)例對(duì)象。

在多線程情況下，這種寫法存在線程安全問題，比如：線程A在執(zhí)行完if判斷條件后進(jìn)入阻塞狀態(tài)，此時(shí)并沒有進(jìn)行對(duì)象創(chuàng)建，此時(shí)線程B來了，在執(zhí)行完if條件后直接進(jìn)行對(duì)象創(chuàng)建，等線程A恢復(fù)運(yùn)行狀態(tài)后也會(huì)進(jìn)行對(duì)象創(chuàng)建，這個(gè)時(shí)候就不符合單例模式了，即出現(xiàn)了線程不安全的問題。

解決方案：在獲取實(shí)例的靜態(tài)方法上加synchronized關(guān)鍵字，即加鎖

/**
 * @author: xuzhilei6656
 * @create: 2021-12-12 12:22
 * @description: 單例模式（懶漢式）
 **/
public class Singleton {
    //聲明一個(gè)變量
    private static Singleton instance;
 
    //私有構(gòu)造器
    private Singleton(){
    }
 
    //獲取實(shí)例的靜態(tài)方法
    public static synchronized Singleton getInstance(){
        //如果是首次調(diào)用，實(shí)例對(duì)象還沒有被創(chuàng)建，就需要?jiǎng)?chuàng)建，否則都是返回已經(jīng)創(chuàng)建過的那個(gè)對(duì)象
        if (instance == null){
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
 
}

簡(jiǎn)單粗暴，可達(dá)到我們的目的，但是每次獲取實(shí)例對(duì)象都要有加鎖操作，影響系統(tǒng)性能。

改進(jìn)后的方案：雙重檢查

/**
 * @author: xuzhilei6656
 * @create: 2021-12-12 12:22
 * @description: 單例模式（懶漢式）
 **/
public class Singleton {
    //聲明一個(gè)變量
    private static Singleton instance;
 
    //私有構(gòu)造器
    private Singleton(){
    }
 
    //獲取實(shí)例的靜態(tài)方法
    public static synchronized Singleton getInstance(){
        //第一次檢查
        if (instance == null){
            //獲取鎖
            synchronized (Singleton.class){
                //第二次檢查
                if (instance==null){
                    //兩次檢查都確定沒有已存在的實(shí)例對(duì)象，這才進(jìn)行對(duì)象的創(chuàng)建操作
                    instance = new Singleton();
                }
            }
            
        }
        return instance;
    }
 
}

這樣不必每次獲取實(shí)例對(duì)象的時(shí)候都進(jìn)行加鎖操作，只有在第一次創(chuàng)建對(duì)象的時(shí)候才進(jìn)行加鎖操作，提高了系統(tǒng)性能。

但是，即使這樣有可能會(huì)出現(xiàn)。因?yàn)?instance = new Singleton()這行代碼在JVM中是兩個(gè)操作，賦值和初始化實(shí)例，但JVM并不保證這兩個(gè)操作的順序，有可能JVM給新對(duì)象分配了空間，直接賦值給instance變量，然后才去做初始化實(shí)例操作。比如下面這種情況

1，A，B兩個(gè)線程都進(jìn)入第一個(gè)if條件

2，A線程先搶到鎖進(jìn)入到synchronized代碼塊，執(zhí)行了instance = new Singleton()這行代碼，然后釋放鎖，此時(shí)有可能JVM只給實(shí)例對(duì)象分配了空白的內(nèi)存空間，并沒有執(zhí)行初始化操作

3，B線程搶到鎖，進(jìn)入到synchronized代碼塊，第二次判斷的時(shí)候發(fā)現(xiàn)instance不是null，直接返回使用卻發(fā)現(xiàn)得到的對(duì)象還沒有被初始化，于是出現(xiàn)了問題。

再次改進(jìn)：使用volatile關(guān)鍵字修飾聲明的成員變量instance

/**
 * @author: xuzhilei6656
 * @create: 2021-12-12 12:22
 * @description: 單例模式（懶漢式）
 **/
public class Singleton {
    //聲明變量,被volatile修飾
    private volatile static Singleton instance;
 
    //私有構(gòu)造器
    private Singleton(){
    }
 
    //獲取實(shí)例的靜態(tài)方法
    public static synchronized Singleton getInstance(){
        //第一次檢查
        if (instance == null){
            //獲取鎖
            synchronized (Singleton.class){
                //第二次檢查
                if (instance==null){
                    //兩次檢查都確定沒有已存在的實(shí)例對(duì)象，這才進(jìn)行對(duì)象的創(chuàng)建操作
                    instance = new Singleton();
                }
            }
 
        }
        return instance;
    }
 
}

volatile關(guān)鍵字作用：通過volatile修飾的變量，不會(huì)被線程本地緩存，所有線程對(duì)該對(duì)象的讀寫都會(huì)第一時(shí)間同步到主內(nèi)存，從而保證多個(gè)線程間該對(duì)象的準(zhǔn)確性。

這個(gè)寫法已經(jīng)比較完美了，既能保證安全的創(chuàng)建出唯一實(shí)例，又不會(huì)對(duì)系統(tǒng)性能有太大影響。

不過，還有更優(yōu)的寫法：靜態(tài)內(nèi)部類實(shí)現(xiàn)

?
/**
 * @author: xuzhilei6656
 * @create: 2021-12-12 15:17
 * @description: 單例模式
 **/
public class Singleton {
 
    //私有構(gòu)造器
    private Singleton() {
    }
 
    //靜態(tài)內(nèi)部類聲明實(shí)例
    private static class SingletonFactory{
        private static Singleton instance = new Singleton();
    }
 
    //獲取實(shí)例的靜態(tài)方法
    public static Singleton getInstance(){
        return SingletonFactory.instance;
    }
    
}
 
?

使用內(nèi)部類來維護(hù)單例的實(shí)現(xiàn)，JVM內(nèi)部的機(jī)制能夠保證當(dāng)一個(gè)類被加載的時(shí)候，這個(gè)類的加載過程是線程互斥的。這樣當(dāng)我們第一次調(diào)用getInstance()方法的時(shí)候，JVM能夠保證創(chuàng)建出唯一的實(shí)例對(duì)象，并且這個(gè)實(shí)例對(duì)象是已經(jīng)被初始化完成的，就解決了上面的線程安全問題

最后一種實(shí)現(xiàn)單例的寫法也很完美，代碼最簡(jiǎn)潔

通過枚舉

/**
 * @author: xuzhilei6656
 * @create: 2021-12-12 15:33
 * @description: 單例模式
 **/
public enum Singleton {
 
    //代表一個(gè)Singleton實(shí)例
    INSTANCE;
}

通過枚舉來實(shí)現(xiàn)單實(shí)例代碼更加簡(jiǎn)潔，而且JVM從根本上保證實(shí)例對(duì)象的唯一性，是更簡(jiǎn)潔、高效、安全的實(shí)現(xiàn)單例的方式?

以上就是淺析Java單例設(shè)計(jì)模式(自寫demo)的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Java單例模式的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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